DE2635004B2

DE2635004B2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur digitalen Messung der Rotationsgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE2635004B2
Application number: DE2635004A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Gudat; Gerhard Ruhnau
Original assignee: Wabco Westinghouse GmbH Germany
Current assignee: Wabco Westinghouse GmbH Germany
Priority date: 1976-08-04
Filing date: 1976-08-04
Publication date: 1978-09-28
Also published as: GB1587246A; US4125295A; DE2635004A1; JPS5319081A

Description

die sich durch die Nachbildung des hyperbolischen Zusammenhangs ergebende Frequenzstufung einen relativ großen Zeitaufwand für die Rechenoperationen. Dies folgt daraus, daß im unteren Geschwindigkeitsbereich in vorgegebenen Zeiträumen mit einer sehr niedrigen Frequenz gearbeitet werden muß, um die angestrebte Nachbildung zu erreichen. Durch die lange Rechenzeit entstehen lange Totzeiten zwischen dem Signalanfall und dem Rechenergebnis, in denen keine Signalperiodendauermessungen durchführbar sind, wodurch das Auflösungsvermögen des bekannten Verfahrens gering ist. Dieses bekannte Verfahren sieht eine technisch komplizierte Periodendauermessung vor, um die Auswertung der erhaltenen Meßwerte zu vereinfachen.

Die Aufgabe der vorlie;genden Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem Zählimpulse konstanter Frequenz pro Meßzeit (Periodendauer) verwendet werden, und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens so zu verbessern bzw. auszubilden, daß die quantisierungsfehler verringert und das Auflösungsvermögen erhöht sowie leicht auszuwertende Meßergebnisse erhalten werden bei geringem meßtechnischen und bauteilemäßigen Aufwand.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Der wesentliche Vorteil besteht darin, daß durch die Transformation, die beispielsweise eine Frequenzvervielfachung oder eine Zählergebnisteilung sein kann, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, die Möglichkeit geschaffen wird, auf Seiten der Messung auch im oberen Geschwindigkeitsbereich mit ausreichend hohen Zählimpuhfrequenzen zur Erzielung ausreichend kleiner Quantisierungsfehler eingezählt werden kann und ferner auf Seiten der Auswertung eben durch die Transformation Größen erhalten werden können, die mit relativ geringem Aufwand weiterverarbeitet werden können.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Transformation dadurch, daß die Frequenz der Zählimpulse bei Unter- oder Überschreitung des vorgegebenen Zählbereiches so geändert wird, daß die gemessene Anzahl der Zähllimpulse in den vorgegebenen Zählbereich fällt. Hierbei können die Messungen mit einer bestimmten unteren Frequenz, mit einer bestimmten oberen Frequenz oder einer beliebigen Frequenz von mehreren jeweils einem vorgegebenen bestimmten Geschwindijjkeitsbereich zugeordneten verschiedenen Frequenzen begonnen werden.

In jedem Falle sichert der Vergleich der Zählergebnisse mit einem vorgegebenen Zählbereich oder der entsprechenden Geschwindigkeitswerte mit vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichen eine Umschaltung der Meßfrequenz, derart, daß unter den vorgegebenen Bedingungen und Genauigkeitsanforderungen sozusagen stets der günstigste Meßbereich eingeschaltet wird, d. h., daß jeweils mit dem größtmöglichen Zählbereich unter den vorgegebenen Bedingungen gearbeitet wird. Man erhält hierdurch eine Verringerung des Quantisierungsfehlers bei hohen Geschwindigkeiten, ohne daß die Datenwortlänge, also der Zählbereich, erhöht werden muß. Um bei Änderung der Meßfrequenz aus der gemessenen Zahl der Zählimpulse die richtige Geschwindigkeit zu erhalten, ist eine Korrektur notwendig, die dann besonders einfach durchzuführen ist, wenn die Änderungen der Meßfrequenz gemäß vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung schrittweise, und zwar in binären Stufen, durchgeführt wird. Dann kann sowohl die Änderung der Meßfrequenz als auch die anschließende Korrektur der ermittelten Geschwindigkeitswerte durch einfaches Verschieben in einem Schieberegister bzw. durch Teilung erfolgen.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Transformation dadurch, daß die ermittelte Anzahl von Zählimpulsen bei Überschreitung des vorgegebenen Zählbereiches für die Auswertung um einen dem Verhältnis Zählimpulszahl/maximale Zahl des vorgegebenen Zählbereiches entsprechenden Wert erniedrigt wird. Die Erniedrigung wird dabei zweckmäßig schrittweise und vorzugsweise in binären Stufen durchgeführt, um durch einfaches Verschieben in Schieberegistern die entsprechenden digitalen Informationen zu erhalten und die Transformation bei der Ermittlung der richtigen Geschwindigkeit wieder rückgängig zu machen. Bei diesem Verfahren wird von vornherein mit einer auch für hohe Geschwindigkeiten geeigneten höheren Meßfrequenz gearbeitet, und durch die Teilung des Zählergebnisses bei Überschreitung des maximal vorgegebenen Zählerstandes erhält man eine einfache Meßbereichserweiterung und kann den Quantisierungsfehler leicht in den gewünschten Grenzen halten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.
Eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 30 und vorteilhafte weitere Ausgestaltungen dieser Schaltungsanordnung sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet. Schaltungsmäßig ist das erfindungsgemäße Verfahren mit relativ geringem Aufwand durchführbar. Zur Steuerung der Zähl- und Transformationsvorgänge sind insbesondere bei in binären Stufen erfolgenden Transformationen einfache digitale Schaltungen wie Zähler mit Dekodierausgängen und Schieberegister verwendbar.

Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert werden. In der Beschreibung sind unter »Einrichtung« Schaltungseinheiten der gesamten Schaltungsanordnung zu verstehen.

Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig.2 ein Prinzipschaltbild einer in der Schaltung nach F i g. 1 verwendeten Periodendauer-Meßfrequenz-Umschalteinrichtung und Einrichtung zur Gewinnung der Geschwindigkeitsbereiche,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Zahl der Zählimpulse von der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges für vier verschiedene Zählfrequenzen, die in einem Verhältnis 1 :2 :4 :8 zueinander stehen, wobei die Frequenz Umschaltpunkte für einen beispielhaft angegebenen Geschwindigkeitsbereich von 0—150 km/h eingezeichnet sind, und

Fig.4 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Die F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung, mit die Periodendauer-Meßfrequenz im vorgesehenen Geschwindigkeitsbereich stufenweise in

t>5 Abhängigkeit von der Geschwindigkeit verändert wird. Die vom Sensor 2 erzeugten sinusähnlichen Signale gelangen evtl. nach Umformung in entsprechende Rechtecksignale in einem Sinus-Rechteckwandler (nicht

dargestellt) in eine Einrichtung 4 zur Ermittlung der Periodendauer, die beispielsweise einen Zähler aufweisen kann, der die in eine Periodendauer des Sensorsignals fallende Zahl von Zählimpulsen eines Impulsgebers zählt.

Der gemessene, der Periodendauer entsprechende Wert, wird einer Einrichtung 6 zur Ermittlung einer der Periodendauer entsprechenden Geschwindigkeit zugeführt. Die der berechneten Geschwindigkeit entsprechende elektrische Größe wird einer Einrichtung 8 zur Ermittlung des Geschwindigkeitsbereiches zugeführt. In dieser Einrichtung 8 wird festgestellt, in welchen Geschwindigkeitsbereich die ermittelte Geschwindigkeit fällt. Es kann beispielsweise ein vorgegebener Geschwindigkeitsbereich von 0—150 km/h in 4 Teilbereiche unterteilt werden, denen jeweils eine bestimmte Frequenz zugeordnet ist, die eine Messung der Periodendauer der Sensorsignale mit geringstem Fehler gewährleistet.

Nach Feststellung des Geschwindigkeitsbereiches wird in einer Einrichtung 10 die Meßfrequenz für die Einrichtung 4 zur Ermittlung der Periodendauer umgeschaltet. Die Einrichtung 8 zur Feststellung des Geschwindigkeitsbereiches ist außerdem über eine Korrekturleitung 12 mit der Einrichtung 6 zur Ermittlung der Geschwindigkeit verbunden. Über diese Korrekturleitung wird der Einrichtung 6 der zur Korrektur der mit der geänderten Frequenz ermittelten Geschwindigkeit notwendige Wert übermittelt.

Es sei angenommen, daß bei der Frequenz f\ die Geschwindigkeit korrekt in der Einrichtung 6 ermittelt wird. Wird jetzt wegen ansteigender Geschwindigkeit auf eine höhere Meß- bzw. Zählfrequenz /2 umgeschaltet, so wird in der Einrichtung 6 eine um den Faktor hlf\ zu kleine Geschwindigkeit ermittelt. Dieser Wert hlU wird der Einrichtung 6 zur Korrektur des ermittelten Geschwindigkeitswertes zugeführt.

Wählt man beispielsweise 4 Geschwindigkeitsbereiche und staffelt die Frequenz im Verhältnis zu der Grundfrequenz f\ um die Faktoren 2,4 und 8, so daß man also die Frequenzen f\, 2 f\, 4 f\ und 8 /i erhält, so kann man die Korrektor der jeweils ermittelten Geschwindigkeitswerte durch einfaches Verschieben in einem Schieberegister durchführen.

Alternativ kann man auch folgendermaßen verfahren: Bei jeder Periodendauerermittlung wird mit der Frequenz 8 /Ί begonnen. Wird ein bestimmter maximaler oder vorgegebener Zählerstand eines Zählers in der Einrichtung 4 zur Ermittlung der Periodendauer überschritten, so bedeutet dies, daß die zu ermittelnde Geschwindigkeit in einem niedrigeren Geschwindigkeitsbereich liegt Es kann nun ein Signal aus dem Zählerüberlauf gewonnen und zur Herabsetzung oder bei der vorzuziehenden Ausführungsform zur Halbierung der Zählfrequenz und des bis dahin erhaltenen Zählerstandes durch die Einrichtung 10 herangezogen werden.

Wird bei der Fortsetzung der Messung mit der Frequenz 4 f\ ein Zählerstand erreicht, der größer ist als der vorgegebene, so bedeutet das, daß die Geschwindigkeit im zweithöchsten Geschwindigkeitsbereich liegt, wenn man das o. a. Beispiel zugrundelegt. Wenn mit 4 /1 die Messung zu Ende geführt wurde, muß der ermittelte Geschwindigkeitswert dann, wie oben für die erste Verfahrensweise erläutert, korrigiert werden, d. h. durch Multiplikation des Geschwindigkeitswertes mit dem Wert 4. Ansonsten wird der Vorgang so oft wiederholt, also im Beispiel dreimal, bis die Grundfrequenz f\ erreicht oder das Periodenende erreicht ist.

Mit Hilfe der F i g. 2 sollen die Einrichtungen 8 und 10 nach F i g. 1 anhand eines Prinzipschaltbildes näher erläutert werden, in dem mit der Bezugsziffer 14 die Einrichtung zur Ermittlung des Geschwindigkeitsbereiches und mit 16 die Einrichtung zum Umschalten der Meßfrequenz zur Messung der Periodendauer bezeichnet sind. Der Meßfrequenzumschalter 16 weist einen Taktgeber 18 auf, dessen Ausgang an einen Eingang eines NAND-Gatters 20 und ferner an einen Frequenzteiler 22 angeschlossen ist, der hier beispielsweise ein dreistufiger, binärer Frequenzteiler ist, der z. B. eine Taktgeberfrequenz 8 /i stufenweise auf die Frequenzen 4 /i, 2 f\ und f\ herunterteilt. Die einzelnen Teilerstufen 24, 26 und 28 sind jeweils an Eingänge von NAN D-Gattern 30, 32 und 34 angeschlossen. Die Ausgänge der NAND-Gatter führen über ein Gatter 36 und eine Leitung 38 zu einer nicht dargestellten Schaltung zur Ermittlung der Periodendauer. Die Einrichtung 14 weist einzelnen Geschwindigkeitsbereichen zugeordnete Flip-Flops, hier beispielsweise 4 Geschwindigkeitsbereichen zugeordnete Flip-Flops 40, 42, 44 und 46 auf. Die Flip-Flops sind hier sogenannte D-Flip-Flops, deren C-Eingänge über eine Leitung 48 mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden sind. Die D-Eingänge 50, 52 und 54 der Flip-Flops 40, 42 und 44 sind mit Ausgängen 56, 58 und 60 zugeordneter NOR-Gatter 62, 64 und 66 zur Herstellung logischer Verknüpfungen verbunden, während der D-Eingang 68 des Flip-Flops 46 über eine Leitung 70 mit jeweils einem der Eingänge der NOR-Gatter und über eine Leitung 72 mit einer (nicht dargestellten) Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit verbunden ist.

Die weiteren Eingänge der NOR-Gatter sind, wie dargestellt, miteinander über Inverter 74 und 76 über Leitungen 78 und 80 mit der Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit verbunden. Die Ausgänge der D-Flip-Flops sind, wie dargestellt, jeweils mit den anderen Eingängen der NAND-Gatter der Einrichtung 16 verbunden und ferner über Leitungen 82,84,86 und 88 zu der nicht gezeigten Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit zurückgeführt.

Es soll nun die Funktion der Einrichtungen nach F i g. 2 beschrieben werden. Es sei angenommen, daß der gesamte Geschwindigkeitsbereich in 4 Teilbereiche eingeteilt ist, denen 4 verschiedene Frequnzen, und zwar f\, 2 /i, 4 /i und 8 f\ zugeordnet sein sollen, wobei f\ die Grundfrequenz darstellen soll, für die keine Korrektur des in der Einrichtung 4 ermittelten Geschwindigkeitswertes (Fig. 1) notwendig ist. Vor Meßbeginn, d.h. bevor in der Einrichtung 4 zur Ermittlung der Periodendauer mit der Zählung begonnen wird, wird der Einrichtung 14 über die Leitung 48 ein Übernahmebefehlssignal von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung zugeführt, das einen der D-Flip-F!ops 40—46 auf High-Signal legt. Die den gemessenen Geschwindigkeiten entsprechenden Werte gelangen aus der nicht dargestellten Einrichtung zur Geschwindigkeitsermittlung über die Leitungen 72,78 und 80 in die Einrichtung 14. Dem höchsten Geschwindigkeitsbereich sei nun der Geschwindigkeitswert 2* dem nächst niedrigen Wert 2⁸ usw. zugeordnet und diesen der Reihe nach wiederum die Leitungen 72, 78 und 80 von der Einrichtung zur Geschwindigkeitsermittlung.

Liegt die gemessene und errechnete Geschwindigkeit im höchsten Bereich, ist 2⁹ »High«, d. h., auf der Leitung 72 wird ein High-Signal zugeführt, das über die Leitung

70 am D-Eingang 68 vom D-Flip-Flop 46 anliegt.

Fällt der Geschwindigkeitswert in den zweithöchsten Bereich, ist 2⁹ »Low« und 2⁸ »High«, d.h., über die Leitung 78 wird ein High-Signal zugeführt. Durch logische Verknüpfung des NOR-Gatters 66 und des Inverters 74 liegt so nur am D-Eingang 54 ein High-Signal an. Im dritthöchsten Bereich (2⁹ »Low«, 2⁸ »Low«, T »High«) liegt, entsprechend durch die logische Verknüpfung des NOR-Gatters 64 und des Inverters 76, am D-Eingang 52 des Flip-Flops 42 ein H'gh-Signal an.

Im niedrigsten Bereich (alle drei Leitungen auf »Low-Signal«) liegt durch die Verknüpfung des NOR-Gatters 62 nur am D-Eingang 50 des Flip-Flops 40 ein High-Signal an.

Nachdem auf diese Weise der Geschwindigkeitsbereich ermittelt ist, gelangt das Signal des entsprechenden Geschwindigkeitsbereiches an einen der NAND-Gatter der Einrichtung 16, wodurch das dem entsprechenden Flip-Flop zugeordnete NAND-Gatter öffnet, beispielsweise für den höchsten Geschwindigkeitsbereich das NAND-Gatter 20, über das die entsprechende Frequenz, beispielsweise 8 /i, freigegeben wird, die über das Gatter 36 und die Leitung 38 einer Einrichtung zur Ermittlung der Periodendauer zugeführt wird.

Gleichzeitig wird das dem entsprechenden Geschwindigkeitsbereich zugeordnete Signal über eine der Leitungen 82,84,86 und 88, im obigen Beispiel (höchster Geschwindigkeitsbereich) über die Leitung 82 einer Einrichtung zur Geschwindigkeitsermittlung zur Korrektur des ermittelten Geschwindigkeitswertes zurückgeführt, um den gewonnenen Geschwindigkeitswert, der durch die Wahl einer anderen Zählfrequenz 2 /i, 4 /i oder 8 f\ als der Grundfrequenz /1 um den Faktor '/2, Ά oder '/β zu klein ist, durch Multiplikation mit dem Faktor 2, 4 oder 8 entsprechend zu korrigieren, was beispielsweise bei Wahl der Frequenzen als Vielfache von 2 einer Grundfrequenz in Form von einfachen Verschiebungen in einem Schieberegister erfolgen kann.

Es soll nun Bezug genommen werden auf F i g. 3, in der 4 Kurven 90, 92, 94 und 96 eingezeichnet sind, die den Zusammenhang zwischen der Zahl von Zählimpulsen und der Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Bereich von 0-150 km/h für 4 Frequenzen f_u 2 f_u 4 /", und 8 /i zeigt, wobei hier beispielhaft als maximaler Zählerstand

210-1 = 1023

angenommen ist. Man erkennt deutlich, daß mit der niedrigsten Frequenz gut auswertbare Meßergebnisse im unteren Geschwindigkeitsbereich erhalten werden, während im oberen Geschwindigkeitsbereich Änderungen der Geschwindigkeit kaum noch feststellbar sind. Mit der höchsten Frequenz 8 /i kann man nur bis etwa 13 km/h herunter messen, weil darunter Zählerstände von über 1023 erhalten werden und der Zähler sozusagen überlaufen würde. Mit der hohen Frequenz erzielt man noch brauchbare Ergebnisse im hohen Geschwindigkeitsbereich, weil im Bereich der höchsten Geschwindigkeit von 150 km/h auch bei kleinen Geschwindigkeitsänderungen noch unterscheidbare Zählraten erhalten werden. Man braucht jetzt nur noch dafür zu sorgen, daß bei sich ändernder Geschwindigkeit die Frequenzänderung zum richtigen Zeitpunkt erfolgt, um sozusagen ein Überlaufen des Zählers bei großen Frequenzen im unteren Geschwindigkeitsbereich zu verhindern oder zu große Fehler bei geringen Frequenzen im oberen Geschwindigkeitsbereich auszuschalten. Wenn man sich einen bestimmten maximalen Fehler vorgibt, erhält man einen Kurvenzug, der mit Hilfe der durchgezogenen Linie 98 eingezeichnet ist, in dem die Sprungstelien 100,102 und 104 die Stellen des Frequenzwechsels sind.

Wie man dem Beispiel nach F i g. 3 entnehmen kann, wird mit der niedrigen Frequenz f\ bis etwa 20 km/h, mit der Frequenz 2 /i von ca. 20—40 km/h, mit der Frequenz 4 f\ von ca. 40—75 km/h und mit der höchsten Frequenz von 8 f\ von etwa 75—150 km/h gemessen.

Es soll nun Bezug genommen werden auf die F i g. 4. Bei dieser Ausführungsform wird entgegen der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 mit nur einer Frequenz, aber höheren Frequenz, gemessen und die in eine Sensorsignalperiode fallenden Zählimpulse in einem Zähler entsprechend höherer Kapazität bzw. Stellenzahl eingezählt, wobei der Zähler vorzugsweise ein Binärzähler ist. Da aus schaltungsmäßigem Aufwand die Auswertung nur in einem kleineren Bereich vorgenommen werden soll, muß das Zählergebnis geteilt werden, bis es im Auswertebereich liegt. Dieser Auswertebereich kann beispielsweise lOstellig sein und durch die Weiterverarbeitung bedingt, kann z. B. vorgegeben sein, daß das höchste Bit maximal auf der neunten Stelle stehen soll, was bedeutet, daß die höchste zu verarbeitende Zahl, wie beim Beispiel nach F i g. 3, fürs erste Ausführungsbeispie! der erfindungsgemäßen Einrichtung,

2'0-1 = 1023

Besonders einfach werden die Verhältnisse und der entsprechende Schaltungsaufwand, wenn — wie oben bereits angedeutet — mit binären Größen gearbeitet wird, weil zur Teilung dann Schieberegister verwendet werden können. Unter diesen Voraussetzungen und unter Weiterführung bzw. Verwendung des o. a. Beispieles, braucht man also einen 12stelligen Zähler, ein 12steiliges Schieberegister zur Abspeicherung des jeweiligen Zählerstandes und ein 1 Osteiliges Schieberegister für die Weiterverarbeitung.

Ein Sensor 110 tastet ein nicht dargestelltes umlaufendes Zahnrad ab und erzeugt sinusähnliche Signale, die über eine Leitung 112 einem Sinusrechteckwandler 114 zugeführt werden, der die Sensorsignale in entsprechende Rechtecksignale umwandelt, die über eine Leitung 116 einem Reset-Eingang 118 einer Steuereinrichtung 120 zugeführt werden, die im vorliegenden Beispiel ein bis drei zählender Zähler sein kann, wie in der F i g. 4 angedeutet ist.

Ein Impulsgeber 122 ist über eine Leitung 124 mit einem Zähleingang 126 der Steuereinrichtung 120 verbunden.

Die Steuereinrichtung weist einen ersten, zweiten und dritten Zählausgang 128, 130 und 132 und einen sogenannten CE-Eingang (Clock-Enable-Eingang) 134 auf. Der zweite Zählausgang 130 ist über eine Leitung 136 mit einem Reset-Eingang 138 eines ersten Zählers 140, beispielsweise eines 12stufigen Binärzählers, verbunden, dessen Zähleingang 142 über eine Leitung 144 an einen Impulsgeber 122 angeschlossen ist

Der erste Zählausgang 128 der Steuereinrichtung 120 ist über eine Leitung 146 mit einem Übernahmeeingang 148 eines ersten Schieberegisters 150 verbunden, dessen Schiebeimpulseingang 152 über eine Leitung 154 und ein Gatter 156 mit dem Impulsgeber 122 verbunden ist.

Der erste Zähler 140 ist über Ausgangsleitungen 158 mit dem ersten Schieberegister 150 verbunden, der

beispielsweise 12stufig ist und von dessen Ausgängen Qn bis φ die ersten Ausgänge, beispielsweise die Ausgänge Qn, Qu und (?|_Oüber Leitungen 160,162,164 mit einem Gatter 166 verbunden sind, dessen Ausgangsanschluß 168 über eine Leitung 170 an einen Resei-Eingang 172 eines zweiten Zählers 174 gelegt ist.

Mit dem Gatter 166 ist außerdem der zweite Zählausgang 130 über die Leitung 136 und eine Leitung 176 verbunden.

Der Zähleingang 178 des zweiten Zählers 174 ist über to einen Inverter 180 mit dem Impulsgeber verbunden.

Das erste Schieberegister 150 weist einen Ausgang 182 auf, der über eine Leitung 183 mit einem Eingang 184 eines zweiten Schieberegisters 186 verbunden ist, dessen Schiebeimpulseingang 188 über eine Leitung 190 is und über das Gatter 156 mit dem Impulsgeber 122 verbunden ist.

Der Ausgang 192 des zweiten Zählers 174 ist über eine Leitung 193 mit einem invertierenden Eingang 194 des Gatters 156 verbunden und zu einem Anschluß 196 geführt und ferner über eine Leitung 197 mit dem sogenannten CE-Anschluß 198 verbunden.

Der Ausgang 168 des Gatters 166 ist außerdem zu einem Anschluß 200 geführt.

Die Schaltung nach Fig.4 arbeitet wie folgt: Bei Zufuhr eines High-Signals am Reset-Eingang 118 wird der Zähler 120 zurückgesetzt für die Dauer des High-Signals. Beim Einlaufen des nachfolgenden Low-Signals verschwindet der Reset-Impuls und der Zähler wird gesetzt und beginnt die am Zähleingang 126 einlaufenden Impulse vom Impulsgeber 122 zu zählen. Durch die positive Flanke des ersten Zählimpulses wird der erste Zählausgang 128 gesetzt und ein Steuersignal erzeugt, das das Schieberegister 150 zur Übernahme des Zählerstandes aus dem Zähler 140 steuert. Am Ausgang des Gatters 166 steht nun nur dann ein High-Signal an, wenn die übernommene Zahl einen bestimmten Wert, hier den Wert 2¹⁰—1, übersteigt, oder wenn am Zählausgang 130 des Zählers 120 ein High-Signal ansteht, was durch die nächste positive Flanke des nächsten Impulses vom Impulsgeber der Fall ist, durch die der Ausgang 128 zurückgesetzt und der zweite Zählausgang 130 gesetzt wird. Bei einem High-Signal am Zählausgang 130 wird außerdem der Zähler 140 zurückgesetzt. Durch die positive Flanke des dritten Zählimpulses am Zähleingang 126-wird der Ausgang 130 zurückgesetzt, wodurch das Reset-Signal am Zähler 140 verschwindet und der Zähler 140 wieder zu zählen beginnt. Gleichzeitig wird der Ausgang 132 gesetzt, der mit dem CE-Eingang 134 verbunden ist, über den die weiteren Zählimpulse gesperrt werden, wodurch der Zähl Vorgang des Zählers 120 beendet wird. Der Zähler 120 bleibt sozusagen bei der Zahl 3 stehen, bis er durch das nächste High-Signal vom Sinus-Rechteckwandler wieder zurückgesetzt und vom nachfolgenden Low-Signal für erneuten Zählbeginn gesetzt wird.

Es sei nun angenommen, der Zähler 140 habe einen Zählerstand größer 2¹⁰— 1 und am ersten Zählausgang 128 des Zählers 120 stehe ein High-Signal an. Dann steht am Ausgang 168 des Gatters 166 ein High-Signal, das so am Anschluß 200 ansteht und den Zähler 174 über den Reset-Eingang 172 zurücksetzt. Wenn der Zählerstand <2¹⁰-1 ist, so würde der Zähler 174 mit dem nächsten Impuls vom Impulsgeber zurückgesetzt werden.

Am Ausgang 192 des Zählers 174 erscheint ein *5 Low-Signal, das am Anschluß 196 ansteht und über den invertierenden Eingang 194 das Gatter 156 öffnet, so daß Impulse über das Gatter 156 den Schiebeeingängen 152 und 188 des ersten und zweiten Schieberegisters 150 und 186 zugeführt werden. Solange noch einer der Ausgänge <?i₂ bis Q₁₀ ein High-Signal führt, bleibt der Zähler 174 zurückgesetzt und steht am Anschluß 200 ein High- und am Anschluß 196 ein Low-Signal an. Sobald das höchste Bit der aus dem Zähler 140 übernommenen Zahl zum Ausgang Q₉ des Schieberegisters 150 geschoben ist, steht am Ausgang 168 des Gatters 166 ein Low-Signal an, das den Zähler 174 über den Reset-Eingang 172 setzt, so daß der Zähler 174 zu zählen beginnt, und zwar durch den Inverter die Low-Signale vom Impulsgeber. Am Anschluß 200 steht jetzt ein Low-Signal, d. h. nach Beendigung des Schiebevorganges, was bedeutet, daß die Zeit, in der am Anschluß 200 ein High-Signal und am Anschluß 196 ein Low-Signal ansteht, ein Maß für die Verschiebung bzw. Transformation ist.

Nachdem der Zählerstand im Schieberegister 150 in den rechten Bereich Q$ bis Qt geschoben ist, sind 10 weitere Schiebetakte notwendig, um das höchste Bit am Ausgang Qg des zweiten Schieberegisters 186 zur Auswertung des durch die Verschiebung des Zählerstandes des Zählers 140 im ersten Schieberegister durch Teilung mit einer ganzen Potenz von zwei gewonnenen Werten zu haben.

Für diese 10 Schiebetakte ist der Ausgang 192 des Zählers 174 ebenso Low. Durch die Verbindung des Ausganges 174 mit dem CE-Eingang 198 wird erreicht, daß der Zählerstand 10 bis zum nächsten Zurücksetzen des Zählers 174 erhalten bleibt.

Bei der Auswertung und Weiterverarbeitung des gewonnenen und im Schieberegister 186 gespeicherten Wertes, muß der Grad der Verschiebung bzw. der Transformation berücksichtigt werden. Durch die oben beschriebenen Verschiebung (Transformation) oder Teilung des Zählerstandes beispielsweise durch 2" würde sich, hinsichtlich der dem ursprünglichen Zählerstand zugeordneten Geschwindigkeit, ein zu hoher Wert ergeben, der zur Gewinnung der richtigen Geschwindigkeit wieder durch den Faktor 2" dividiert werden müßte.

Wählt man — wie im vorliegenden Beispiel — einen Zähler 140, vorzugsweise einen Binärzähler, mit 12 Stufen und einem lOstufigen Auswertebereich, so würden sich, wenn man einen Geschwindigkeitsbereich von 0—160 km/h zugrundelegt, 4 Geschwindigkeitsbereiche ergeben, nämlich: erster Bereich von 160—80 km/h, zweiter Bereich von 80—40 km/h, dritter Bereich von 40—20 km/h und vierter Bereich vor 20—10 km/h. Um noch längere Periodenzeiten bis zu einer Geschwindigkeit von beispielsweise 5 oder 2,5 km/h herab messen und auswerten zu können, würde es ausreichen, den Binärzähler und das Schieberegistei 13- oder Hstufig zu wählen.

Es soll nun Bezug genommen werden auf F i g. 5.

In einer nicht dargestellten Eingangsschaltung wird aus der sinusförmigen Ausgangsspannung eines ebenfalls nicht dargestellten Sensors eine Rechteckspannung gewonnen, deren Frequenz / das Vierfache dei Sensor-Einspannungsfrequenz Z₀ beträgt Die High-Low-Zeiten dieser Rechteckspannung entsprecher damit der Dauer von '/β der Periodendauer dei Grundfrequenz, d. h. der Sensor-Signal-Frequenz.

Die Rechteckspannung wird zwei hintereinandei geschalteten JK-Flip-Flops 210 und 212 mit Zwischen abgriff 214 zugeführt, die die Frequenz /"auf '/2 /und 'Λ. herunterteilen, also hinsichtlich der Grundfrequenz aul 2 /ö und /o.

Als weitere wichtige Einheiten enthält die Schaltungsanordnung nach F i g. 5 einen im vorliegenden Zusammenhang sogenannten '/ι-Zähler 216, der von einem Impulsgeber zugeführte hochfrequente Impulse für die Dauer einet ganzen Sensor-Signal-Periode zählt, ferner einen im vorliegenden Zusammenhang sogenannten '//!-Zähler 220, der die hochfrequenten Impulse des Impulsgebers 218 in Abhängigkeit vom Zählergebnis des Vi-Zählers 216 für die Dauer von Teilen der Periode des Sensor-Signals zählt, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, und ferner Speicher 222 und 224, die in Abhängigkeit von Steuerwerken 226 und 228 die Zählerstände aus den Zählern 216 und 220 übernehmen. Die Einsteilung oder Auswahl der Teilperioden erfolgt über eine logische Gatteranordnung 230, 232, wie nachfolgend näher erläutert wird.

Es sei angenommen, daß als maximal zu verarbeitenden Zählerstand 2<°-l (1023) festgelegt sei, der als obere Grenze einem bestimmten Zählbereich verschiedener Geschwindigkeitsbereiche eines Gesamtgeschwindigkeitsbereiches zugeordnet ist; beispielsweise sei in vier Geschwindigkeitsbereichen, deren Bereichsgrenzen sich um Potenzen von zwei unterschieden, der zugelassene auszuwertende Zählbereich 2^s — 1 bis 2'°-l.

Dann muß der Vi-Zähler 216 sowie der Speicher 222 zur Erfassung der möglichen Zählergebnisse 12stellig sein.

Die Steuerwerke 226 und 228 steuern die Übernahme der Zählerstände in die Speicher 222 und 224 aus den Zählern 216 und 220, wie bereits im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1 bis 4 beschrieben worden ist, so daß insofern hierauf verwiesen werden kann.

Die im Speicher 222 abgespeicherte Zahl sei so groß, daß die Ausgänge Qi₀ und Qu »High« und der Ausgang Qi₂ »Low« sei, was bedeutet, daß die abgespeicherte Zahl A"im Bereich

4096

³-l =8191

ist, und es sich um einen Geschwindigkeitswert im zweithöchsten Geschwindigkeitsbereich handelt.

In der logischen Gatterschaltung 230, die aus den Gattern 234,236 und 238 besteht, deren Eingänge in der dargestellten Art und Weise mit den Ausgängen Qio, <?ii, Q12 des Speichers 222 verbunden sind, ist dann der Ausgang des Gatters 238 »High« wegen des mit Qi₂ verbundenen invertierenden Einganges 240 und des mit Qii verbundenen nicht invertierenden Einganges 242. Die Ausgänge der Gatter 234, 236 und 238 der Gatteranordnung 230 sind jeweils an einen Eingang eines Gatters 244, 246 bzw. 248 der Gatteranordnung 232 gelegt. An den anderen Eingang dieser Gatter 244, 246 und 248 sind jeweils die Rechteckspannungen mit den Frequenzen Z₀,2 k und 4 in gelegt

Da der Ausgang des Gatters 238 im angenommenen Beispiel »High« ist, wird das Gatter 248 angesteuert, wodurch der Ausgang des Gatters 248 »High« wird und das Steuerwerk 228 Ober ein Gatter 250 zurückgesetzt wird, und zwar für die »High«-Zeit der ungeteilten Rechteck-Signal-Frequenz (4/o), also für die Dauer einer Ve-Periode der Sensor-Signal-Frequenz. Dadurch wird bewirkt, daß der Vn-Zähler 220 die Impulse vom Impulsgeber 218 von einer negativen Flanke der ungeteilten Rechteck-Signal-Frequenz bis zur nächsten negativen Flanke zählt

Wenn beispielsweise der Ausgang Qi₂ des Speichers

ίο 222 »High« ist so wird ein Gatter 252 der Gatteranordnung 232 direkt angesteuert an dessen anderem Eingang ebenfalls die ungeteilte Rechteck-Signal-Frequenz anliegt Der Rücksetzrhythmus hinsichtlich des Steuerwerkes 222 ändert sich nicht Da aber der Ausgang des Gatters 252 außerdem direkt mit dem CE-Eingang des Zählers 220 verbunden ist, wird durch das »High«-Signal an diesem CE-Eingang die Zählung während der Ve-Periodendauer verhindert.

Die Ausgänge der Gatteranordnung 230 sowie der der höchsten Speicherstelle — hier Qi₂ — des Speichers 222 entsprechende Ausgang sind ferner zu einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung geführt, siehe Anschlüsse 254, in der die gemessene Periodendauer bzw. Teilperiodendauer entsprechend dem Transformationsgrad, der hier in den gewählten Beispielen ¹A (Q\₀ und Qi ι high) bzw. Ve ^Q₁₂ high) beträgt, korrigiert wird.

Gemäß einer nicht dargestellten Abwandlung der Anordnung nach Fig.5 kann zur Vereinfachung der Vi-Zähler 216 nebst Speicher 222 und Steuerwerk 226 entfallen. Die Gatteranordnung 230 ist dann dem Speicher 224 nachgeschaltet und dient dazu, zu erkennen, ob die gezählten Impulse bzw. der erreichte Zählerstand Z in einem gewünschten Bereich liegt, wobei zweckmäßigerweise jeweils mit der kürzesten Meßzeit, also Ve-Periodendauer, begonnen wird.
Der gewünschte Bereich sei beispielsweise

2⁹<2<2^1Ü-1 bzw. 512<z< 1023.

Ist nun der erreichte Zählerstand kleiner als 2^s, so erfolgt eine Meßzeitverlängerung von 'A-Sensor-Signal-Periodendauer durch Ansteuerung des entsprechenden Gatters analog des Ausführungsbeispieles Fig. 5.

Die Meßzeitverlängerung kann schrittweise erfolgen oder auch in Abhängigkeit vom erreichten Zählerstand.

Beispiel

Wird 2' (128) nicht erreicht, erfolgt eine Meßzeitverlängerung um drei Schritte von Ve-Signal-Periodendauer auf Vi -Signal-Periodendauer; wird 2⁸ (256) nicht erreicht, erfolgt eine Meßzeitverlängerung um zwei Schritte von Ve-Signal-Periodendauer auf V2-Signal- Periodendauer usw.
Wird die Zahl 2'°-l = 1023 erreicht oder überschritten, wird entsprechend eine Meßzeitverkürzung vorgenommen, also bzw. von Vi-Signal-Periodendauer auf V₂-Signal- Periodendauer.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur digitalen Messung der Rotationsgeschwindigkeit eines umlaufenden Bauteiles, bei- spielsweise eines Fahrzeugrades, durch Abtasten mit einem Sensor, der eine der Rotationsgeschwindigkeit proportionale Folge von Signalen erzeugt, und durch Messen der Periodendauer der Sensorsignale oder eines von der Periodendauer abhängigen Zeitintervalls, indem in die Zeit einer Periode oder in das Zeitintervall fallende höherfrequente Zählimpulse konstanter Frequenz eines Impulsgebers mittels eines Zählers gezählt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein bestimmter Auswerte- '⁵ bereich festgelegt wird, indem ein zur Auswertung bestimmter Zählbereich mit bestimmten Bereichsgrenzen vorgegeben wird, daß in Abhängigkeit von diesem Zählbereich und der jeweils gemessenen Anzahl der Zählimpulse eine Transformation durchgeführt wird, derart, daß nach erfolgter Transformation die Anzahl der Zählimpulse in den Auswertebereich, d. h. in den vorgegebenen Zählbereich, fällt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformation in einem oder in mehreren Schritten durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Transformation bei der Auswertung der ermittelten Anzahl von Zählimpulsen entsprechend rückgängig gemacht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformation mit der Maßgabe durchgeführt wird, daß die Frequenz der Zählimpulse bei Unter- oder Überschreitung des vorgegebenen Zählbereiches so geändert wird, daß die gemessene Anzahl von Zählimpulsen in den vorgegebenen Zählbereich fällt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine untere Zählimpulsfrequenz für einen bestimmten unteren Bereich eines ^4!) bestimmten Geschwindigkeitsbereiches gewählt wird und daß bei Unterschreitung des vot gegebenen Zählbereiches die Frequenz um einen bestimmten oder einen sich jeweils in bestimmter Weise ändernden Betrag oder Faktor jeweils so lange erhöht wird, bis die ermittelte Anzahl von Zählimpulsen jeweils in dem vorgegebenen Zählbereich Hegt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine obere Zählimpulsfre- ^5Ü quenz für einen bestimmten oberen Bereich eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches gewählt wird und daß bei Überschreitung des vorgesehenen Zählbereiches die Frequenz um einen bestimmten oder einen sich jeweils in bestimmter Weise ändernden Betrag oder Faktor jeweils so lange erniedrigt wird, bis die ermittelte Anzahl von Zählimpulsen jeweils in dem vorgegebenen Zählbereich liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, ^6Ü dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Frequenz schrittweise erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Frequenz in binären Schritten erfolgt, beispielsweise ^bj nach ganzen Potenzen von 2.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der geänderten Frequenz ermittelten Geschwindigkeitswerte entsprechend der Transformation korrigiert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformation mit der Maßgabe durchgeführt wird, daß die ermittelte Anzahl von Zählimpulsen bei Überschreitung des vorgegebenen Zählbereiches für die Auswertung um einen dem Verhältnis Zählimpulsanzahl/maximale Zahl des vorgegebenen Zählbereiches entsprechenden Wert erniedrigt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erniedrigung schrittweise so lange erfolgt, bis die die Zählimpulsanzahl der oberen Grenze des vorgegebenen Zählbereiches entspricht.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erniedrigung schrittweise binär, d. h. um zunehmende ganze Potenzen von 2 erfolgt

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der erniedrigten Zählimpulsanzahl ermittelte Geschwindigkeitswert mit dem der Änderung entsprechenden Faktor korrigiert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformation mit der Maßgabe durchgeführt wird, daß abhängig von der jeweils während der vorangehenden Messung ermittelten Perioden- oder Teilperiodendauer die Meßzeit für die nachfolgende Messung gleich dieser Periodenoder Teilperiodendauer oder kleiner oder größer als diese Perioden- oder Teilperiodendauer gewählt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als kleinere Meßzeit ein vorgegebener Bruchteil der vorgegebenen Perioden- oder Teilperiodendauer gewählt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als größere Meßzeit ein vorgegebenes Vielfaches der vorgegebenen Teilperiodendauer gegeben wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Bruchteil in Abhängigkeit von der Größe der Periodendauer oder Teilperiodendauer der 2"-te Teil dieser Perioden- oder Teilperiodendauer ist, wobei π ganz und > 0 ist.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Vielfache in Abhängigkeit von der Teilperiodendauer das 2"-fache dieser Teilperiodendauer ist, wobei η ganz und > 0 ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Meßzeit schrittweise erfolgt.

20. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung von η schrittweise um 1 fallend oder steigend erfolgt.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Meßzeitänderung ein Vergleich der jeweiligen Istperiodendauer mit einer vorgegebenen Bezugsperiodendauer durchgeführt wird, bei deren Überschreitung um vorgegebene Beträge die Meßzeit geändert wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Meßzeit um den vorgegebenen Beträgen zugeordnete Faktoren erfolgt.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch

gekennzeichnet, daß die Bezugsperiodendauer einem vorgegebenen maximalen Zählerstand eines zur Messung der Periodendauer vorgegebenen Zählers entspricht

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils gemessene Perioden- oder Teilperiodendauer mit einem oder mehreren vorgegebenen Periodendauerbereichen verglichen wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung des Bereiches oder der vorgegebenen Bereiche (z. B. eines Zählbereiches) die Meßzeit verkürzt und bei Unterschreitung verlängert wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzeit schrittweise verkürzt oder verlängert wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkürzung oder Verlängerung in binären Schritten erfolgt.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Verkürzung oder Verlängerung von der Größe der Abweichung vom vorgegebenen Periodendauerbereich abhängt, derart, daß die Meßzeit um der 2"> Abweichung proportionale Faktoren geändert wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß den Periodendauerbereichen fest vorgegebene Größen bzw. Faktoren zugeordnet sind, um die die in den Bereich fallende so Meßzeit geändert wird.

30. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 29, mit einem Sensor, der eine der Rotationsgeschwindigkeit proportionale Folge von Signalen erzeugt, und r> mit einer einen Zähler und einen Impulsgeber aufweisenden Meßvorrichtung zur Zählung der in die Dauer einer Periode oder eines von der Periodendauer abhängigen Zeitintervalls fallenden Zählimpulse bestimmter Frequenz vom Impulsgeber, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Vergleich der ermittelten Anzahl von Zählimpulsen einer bestimmten Frequenz mit einem vorgegebenen bestimmten Zählbereich eines bestimmten festgelegten Auswertebereiches vorgese- 4-5 hen ist und ferner eine Einrichtung zur Transformation der ermittelten Zählimpulszahl in den Auswertebereich bzw. den vorgegebenen Zählbereich beim Überschreiten oder Unterschreiten des Zählbereiches durch die Zählimpulszahl.

31. Schaltungsanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung eine Einrichtung (6) zur Ermittlung der der gemessenen Anzahl von Zählimpulsen bestimmter Meßfrequenz entsprechenden Geschwindigkeit auf- π weist und ferner eine Einrichtung (8) zum Vergleich der ermittelten Geschwindigkeit mit vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichen, daß die Transformationseinrichtung eine Frequenzumschalteinrichtung (10) aufweist, die die Meßfrequenz der Zählimpulse ω bei Über- oder Unterschreitung des Geschwindigkeitsbereiches durch die ermittelte Geschwindigkeit ändert, derart, daß die Zählimpulszahl in den vorgegebenen Zählbereich fällt.

32. Schaltungsanordnung nach Anspruch 31, hi dadurch gekennzeichnet, daß den Geschwindigkeitsbereichen bestimmte Meßfrequenzen zugeordnet sind zur Erzielung von in die festgelegten Auswertebereiche fallenden Zählimpulsraten und daß die Umschalteinrichtung (10) die Mtßfrequenz, mit der die vorangegangene Messung durchgeführt wurde, auf die dem ermittelten Geschwindigkeitsbereich zugeordnete Meßfrequenz für die nächste Periodendauermessung bzw. Geschwindigkeitsermittlung umschaltet

33. Schaltungsanordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Umschaltfrequenzen voneinander um ganze Poienzen von 2 unterscheiden.

34. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfrequenzumschalteinrichtung (10) einen Impulsgeber (18) zur Erzeugung hochfrequenter Impulse mit konstanter Frequenz aufweist, der an einen Eingang eines Gatters (20) und an einen Frequenzteiler (22) angeschlossen ist, dessen einzelne Teilerstufen (24, 26, 28) mit jeweils einem Eingang von den einzelnen Stufen zugeordneten Gattern (30, 32,34) verbunden sind, daß die Ausgänge der Gatter über ein Gatter (36) an die Einrichtung zur Messung der Periodendauer angeschlossen sind, daß die Einrichtung (8) zum Vergleich der ermittelten Geschwindigkeit mit vorgegebenen Geschwindigkeitsbereichen eine Einrichtung (14) zur Einordnung der gemessenen Geschwindigkeit in die vorgegebenen Geschwindigkeitsbereiche aufweist, die den einzelnen Geschwindigkeitsbereichen zugeordnete Schalter (40, 42, 44, 46) in Form von Flip-Flops aufweist, die über logische Verknüpfungsglieder (62, 64,66,74,76) schaltbar sind, die die den gemessenen Geschwindigkeiten entsprechenden elektrischen Signale auf die Schalter, entsprechend dem Geschwindigkeitsbereich, in den die Geschwindigkeit fällt, verteilen, deren Ausgänge mit einem anderen Eingang der Gatter (20, 30, 32, 34) verbunden sind, derart, daß bei einem Signal am Ausgang eines Schalters das zugeordnete Gatter öffnet und Zählimpulse der jeweiligen Frequenz zur Periodendauermaßeinrichtung durchläßt, und deren Ausgänge ferner an die Einrichtung (6) zur Geschwindigkeitsermittlung zur Korrektur des Geschwindigkeitswertes zurückgeführt sind.

35. Schaltungsanordnung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatter (20, 30, 32, 34) NAND-Gatter sind.

36. Schaltungsanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zählbereich der Zählvorrichtung ein vorbestimmter maximaler Zählerstand entspricht, daß die Einrichtung zur Transformation eine Dividierschaltung umfaßt, die bei Überschreitung des Zählerstandes durch die Zählimpulszahl bei jeder Periodendauermessung die Meßfrequenz und den Zählerstand stufenweise jeweils um einen Betrag erniedrigt, bis die ermittelte Zählimpulszahl kleiner als der vorbestimmte Zählerstand ist oder gleich diesem Zählerstand ist oder das Ende der Periode erreicht ist

37. Schaltungsanordnung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Dividierschaltung ein Schieberegister umfaßt

38. Schaltungsanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zählvorrichtung ein Speicher zur Übernahme des Zählerstandes aus der Zählvorrichtung nach Beendigung einer Sensorsignalperiode angeschlossen ist, der mit einer Vergleichseinrichtung verbunden ist, die den Zähler-

stand mit einem vorgegebenen festen Zählerstand für einen bestimmten vorgegebenen Auswertebereich vergleicht und die an eine Dividiereinrichtung angeschlossen ist, die bei Überschreitung des festen Zählerstandes durch den Zählerstand im Speicher eine stufenweise Teilung dieses Zählerstandes mit einem bestimmten Wert durchführt, bis der Zählerstand kleiner oder gleich dem vorgegebenen Zählerstand ist.

39. Schaltungsanordnung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß zum Speichern und Teilen ein Schieberegister (150) vorgesehen ist, dessen Stellenzahl wenigstens der Stellenzahl der Zählvorrichtung (140) entspricht, daß die Vergleichseinrichtung ein Gatter (166) umfaßt, an dessen is Eingänge die Schieberegisterausgänge angeschlossen sind, die den den vorgegebenen Zählerständen übersteigenden Stellen zugeordnet sind, und über das die Zufuhr von Schiebeimpulsen an den Schiebeimpulseingang gesteuert wird.

40. Schaltungsanordnung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Schiebeimpulse eine Steuereinrichtung (174, 156) vorgesehen ist, die die Zufuhr von in einem Impulsgeber (122) erzeugten Schiebeimpulsen, in 2s Abhängigkeit von am Ausgang des Gatters (166) erscheinenden Signalen, die von den den vorgegebenen Zählerstand übersteigenden Stellenzahlen der Zählimpulszahl im Schieberegister (150) abgeleitet sind, zum Schiebeimpulseingang (152) des Schieberegisters (150) steuert.

41. Schaltungsanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (216, 222, 226; 224) die jeweils ermittelte Perioden- oder Teilperiodendauer mit einem oder mehreren vorgegebenen Bezugswerten vergleicht und ein der Abweichung vom Bezugswert entsprechendes Signal abgibt, daß die Transformationseinrichtung eine erste Steuereinrichtung (230) aufweist, die mit der Vergleichseinrichtung verbunden ist und in Abhängigkeit vom zugeführten Signal Meßzeitbereichsschalter (232, 210, 212) steuert, die über eine zweite Steuereinrichtung (228), die die Zufuhr der Zählimpulse in Abhängigkeit von der jeweils eingeschalteten Meßzeit steuert, mit einem Zähler (220) verbunden sind.

42. Schaltungsanordnung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung einen binären Speicher (222; 224) und die erste Steuereinrichtung eine Gatteranordnung (230) umfaßt, welche an bestimmte Ausgänge (Q\a bis <?₎₂) des Speichers angeschlossen ist, die den vorgegebenen Bezugswerten bzw. vorgegebenen Zählerständen oder Zählbereichen der Periodendauer- oder Teilperiodendauermeßeinrichtung (216, 220) zugeordnet sind.

43. Schaltungsanordnung nach Anspruch 41 und 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbereichsschalter Gatter (244, 246, 248, 252) aufweisen, an deren einem Eingang je eine Stufe eines mehrstufigen Frequenzteilers (210, 212) anliegt, dessen abgreifbare Frequenzen der Periodendauer und den vorgegebenen Teilperiodendauern entsprechen, und deren anderer Eingang mit dem Ausgang je eines der Gatter der Gatteranordnung (230) verbunden ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Messung der Rotationsgeschwindigkeit eines umlaufenden Bauteiles gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung betrifft ferner eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 30.

Bei der digitalen Geschwindigkeitsmessung durch Abtasten eines rotierenden Rades mit einem Sensor und Messung der Periodendauer des Sensorsignals durch Auszählen einer hochfrequenten Impulsfolge, die in die Dauer der Sensorsignalperiode fällt, treten im wesentlichen zwei zusammenhängende Probleme auf:

1. Gibt man sich eine nicht zu hohe Zählfrequenz vor, so treten große Quantisierungsfehler im oberen Geschwindigkeitsbereich auf, bedingt durch den einem Impuls der Impulsfolge zugeordneten relativ großen Zeitbereich der Periodendauer, also durch eine relativ große Quantisierungseinheil.

2. Erhöht man die Zählfrequenz, um den Quantisierungsfehler im oberen Geschwindigkeitsbereich klein zu halten, erhält man im unteren Geschwindigkeitsbereich sehr hohe Zählergebnisse, was den Einsatz von vierteiligen Zählern notwendig macht und eine wesentliche Erhöhung der Datenwortlänge bedeutet, wodurch der schaltungsmäßige und bauteilemäßige Aufwand besonders hinsichtlich der Auswertung sehr stark erhöht wird.

Durch die DE-OS 23 53 038 ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem zu höheren Geschwindigkeiten hin die jeweilige Meßzeit nicht nur auf die Dauer einer Periode des Sensorsignals beschränkt wird. In die Meßzeit werden mehrere Perioden gelegt, und das Zählergebnis wird anschließend entsprechend korrigiert. Nachteilig ist, daß durch diese Maßnahme der Quantisierungsfehler nicht verringert werden kann. Man erhält lediglich einen Mittelwert über mehrere Perioden. Geschwindigkeitsänderungen, die während der relativ langen Meßzeit auftreten, können nicht erfaßt werden, so daß die Empfindlichkeit des bekannten Verfahrens und der bekannten Einrichtung zumindest im oberen bezüglich der Bremskraftregelung besonders wichtigen Geschwindigkeitsbereich gering ist.

Die DE-OS 23 39 839 beschreibt ein Verfahren zur Messung der Drehgeschwindigkeit, bei dem mit Zählimpulsen einer bestimmten Anfangsfrequenz während der Periodendauer oder einer von der Periodendauer abhängigen Zeitdauer der Signale eines Drehgebers eingezählt wird. Da zwischen der erzeugten Impulsmenge bzw. dem Digitalwert und der Drehgeschwindigkeit kein linearer, sondern ein hyperbolischer Zusammenhang besteht, wird die Frequenz der Zählimpulse entsprechend dem Ausdruck 1 : T² kontinuierlich oder in Stufen innerhalb der Meßzeit, also der Periodendauer, geändert. Durch diese Maßnahme soll der hyperbolische Zusammenhang zwischen der Periodendauer und dem erhaltenen Digitalwert nachgebildet werden, um so am Ende der Meßzeit bzw. der Periode der Drehgebersignale ein geschwindigkeitsproportionales Zählergebnis (Digitalwert) zu erhalten. Hierzu ist allerdings ein relativ großer elektronischer Aufwand notwendig, da eine Vielzahl von Frequenzen erzeugt werden muß, die zueinander um den Ausdruck 1 : V abgestuft sein müssen. Überdies muß mit einer seht hohen Anfangsfrequenz begonnen werden, um vernünftige Meßergebnisse mit geringen Quantisierungsfehlern für hohe Geschwindigkeiten zu erhalten. Ferner bedingt